(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向した状態を保ったまま、相対的に移動可能に構成された第１基板及び第２基板と、
第１基板に設けられるエレクトレットと、
第２基板における前記エレクトレットと対向する面側に設けられる第１電極及び第２電極と、
を備え、
第１基板と第２基板の相対的な位置の変化に伴って、前記エレクトレットと第１電極との位置関係、及び前記エレクトレットと第２電極との位置関係がそれぞれ変化することによって、前記エレクトレットと第１電極との間の静電容量、及び前記エレクトレットと第２電極との間の静電容量がそれぞれ変化することで電力が出力される静電誘導型発電装置において、
第１電極と第２電極との間には、これらの電極間の静電容量を低下せしめる構造が設けられていることを特徴とする静電誘導型発電装置。
【請求項２】
前記静電容量を減少せしめる構造は、第１電極と第２電極との間に設けられた、これらの電極間の誘電率を低下せしめる構造であることを特徴とする請求項１に記載の静電誘導型発電装置。
【請求項３】
第２基板における第１電極と第２電極との間の部分に貫通孔が設けられることによって、これらの電極間の誘電率が低下させられていることを特徴とする請求項２に記載の静電誘導型発電装置。
【請求項４】
第２基板における第１電極と第２電極との間の部分に凹部が設けられることによって、これらの電極間の誘電率が低下させられていることを特徴とする請求項２に記載の静電誘導型発電装置。
【請求項５】
第２基板と第１電極との間、及び第２基板と第２電極との間に、それぞれ第２基板よりも比誘電率の低い材料からなる層が設けられることによって、第１電極と第２電極との間の誘電率が低下させられていることを特徴とする請求項２，３または４に記載の静電誘導型発電装置。
【請求項６】
第２基板側における第１基板と対向する面側は、絶縁膜によって覆われていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の静電誘導型発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電誘導型発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、互いに対向した状態を保ったまま、相対的に移動可能に構成された一対の基板を備え、一対の基板の一方に複数のエレクトレットが並べて配置され、他方に一対の電極を一組とする複数組の電極が並べて配置された静電誘導型発電装置が知られている。かかる装置によれば、一対の基板の相対的な移動により、一対の電極のうちの一方の電極とエレクトレット間の静電容量と、他方の電極とエレクトレット間の静電容量がそれぞれ変化するため、その変化分が電力として出力される。
【０００３】
ここで、一対の電極がいずれも同一材料からなる同一の構成であり、また、一対の基板が一定の振動周波数ｆで振動するように相対的な移動（往復移動）をした場合、Ｂｏｌａｎｄらによれば、最大出力電力Ｐｍａｘは、
Ｐｍａｘ＝σ２ｎＡ２πｆ÷［（εｅε０／ｄ）×（（εｅｇ／ｄ）＋１）］
となる。以下、この数式を式１と称する。
【０００４】
なお、σは一対の電極における表面電荷密度、ｎは［一対の基板の振幅÷エレクトレットのピッチ］、Ａはエレクトレットと電極が重なり合う最大面積、εｅはエレクトレットの比誘電率、ｄはエレクトレットの厚み、ε０は真空の誘電率、ｇは一対の基板の間隔である。
【０００５】
式１によれば、出力電力を高めるためには、ｎを大きくすればよい。つまり、一対の基板の振幅を大きくしたり、エレクトレットのピッチを小さくしたりすればよい。しかし、装置の小型化が要求される場合には、一対の基板の振幅を大きくするのには限度がある。このような場合、エレクトレットのピッチを小さくすることによって、式１上、出力電力を大きくすることができる。
【０００６】
しかしながら、実際上は、エレクトレットのピッチを小さくしても、計算式通りに出力電力を大きくすることができないことが確認されている。この原因として、装置のいずれかの部位において、寄生容量が発生しており、この寄生容量が発電効率を低下させる原因であろうことが報告されている（非特許文献１参照）。しかし、どの部位における寄生容量が発電効率を低下させる要因となっているのか、未だ明確にされていなかった。
【０００７】
なお、関連する技術としては、特許文献１〜３に開示された技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１６１０３６号公報
【特許文献２】特開２００９−７７６１４号公報
【特許文献３】特開２００８−２５２８４７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｔ．Ｔｓｕｔｓｕｍｉｎｏ，  Ｙ．Ｓｕｚｕｋｉ，  Ｎ．Ｋａｓａｇｉ，  Ｋ．Ｋａｓｈｉｗａｇｉ，  ａｎｄ  Ｙ．Ｍｏｒｉｚａｗａ  「Ｍｉｃｒｏ  Ｓｅｉｓｍｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｅｔ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ  ｆｏｒ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ」  Ｔｈｅ  Ｓｉｘｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ａｎｄ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ；  Ｐｏｗｅｒ  ＭＥＭＳ２００６，  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  ２９  −  Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  １，  ２００６，  Ｂｅｒｋｅｌｅｙ，  Ｕ．Ｓ．Ａ．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、発電効率の向上を図った静電誘導型発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、誠意検討し、かつ試行を重ねた結果、発電効率を低下させる要因となっている寄生容量の発生部位を突き止めることができた。一般技術常識的な見地によれば、一対の基板間のいずれかの部位で寄生容量が発生し、これが発電効率を低下させる要因であると考えられる。一方、同じ基板上に備えられた電極間においては、一般的に電極が薄膜で構成されていることもあり、これらの電極間で寄生容量が発生したとしても無視できると考えられていた。しかし、この電極間で発生する寄生容量が、発電効率を低下させる要因となっていることを、本発明者らは突き止めた。
【００１２】
そこで、本発明は、かかる電極間の静電容量を低下させる構造を採用している。
【００１３】
より具体的には、本発明の静電誘導型発電装置は、
互いに対向した状態を保ったまま、相対的に移動可能に構成された第１基板及び第２基板と、
第１基板に設けられるエレクトレットと、
第２基板における前記エレクトレットと対向する面側に設けられる第１電極及び第２電極と、
を備え、
第１基板と第２基板の相対的な位置の変化に伴って、前記エレクトレットと第１電極との位置関係、及び前記エレクトレットと第２電極との位置関係がそれぞれ変化することによって、前記エレクトレットと第１電極との間の静電容量、及び前記エレクトレットと第２電極との間の静電容量がそれぞれ変化することで電力が出力される静電誘導型発電装置において、
第１電極と第２電極との間には、これらの電極間の静電容量を低下せしめる構造（第２基板上に単に第１電極と第２電極が設けられたのではなく、これらの電極間の静電容量を低下せしめるように何らかの工夫が施されている構造）が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、第１電極と第２電極との間には、これらの電極間の静電容量を低下せしめる構造が設けられているので、これらの電極間に発生する寄生容量を低下させることができる。したがって、発電効率を向上させることができる。
【００１５】
電極間の静電容量を低下させるためには、電極間の距離を長くしたり、電極間の誘電率を低下させたりすることが考えられ得る。しかし、装置の小型化を図る場合など、電極間の距離を長くするのは限度がある。
【００１６】
そこで、前記静電容量を減少せしめる構造は、第１電極と第２電極との間に設けられた、これらの電極間の誘電率を低下せしめる構造であるとよい。
【００１７】
ここで、電極間の誘電率を低下せしめる構造としては、以下の構成を採用し得る。
【００１８】
すなわち、第２基板における第１電極と第２電極との間の部分に貫通孔が設けられることによって、これらの電極間の誘電率が低下させられている構成を採用し得る。
【００１９】
また、第２基板における第１電極と第２電極との間の部分に凹部が設けられることによって、これらの電極間の誘電率が低下させられている構成も採用し得る。
【００２０】
更に、第２基板と第１電極との間、及び第２基板と第２電極との間に、それぞれ第２基板よりも比誘電率の低い材料からなる層が設けられることによって、第１電極と第２電極との間の誘電率が低下させられている構成も採用し得る。なお、当該構成は、上記の２つの構成と組み合わせることもできる。
【００２１】
なお、第２基板側における第１基板と対向する面側は、絶縁膜によって覆われていることも好適である。これにより、エレクトレットからの放電を抑制できる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明によれば、発電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る静電誘導型発電装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る静電誘導型発電装置の発電原理を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態に係る静電誘導型発電装置の出力電圧を示す図である。
【図４】静電誘導型発電装置における寄生容量の発生を説明する図である。
【図５】静電誘導型発電装置において寄生容量が発生した場合における等価回路図である。
【図６】本発明の実施例１に係る静電容量を低下させる構造を示す模式的断面図である。
【図７】本発明の実施例２に係る静電容量を低下させる構造を示す模式的断面図である。
【図８】本発明の実施例３に係る静電容量を低下させる構造を示す模式的断面図である。
【図９】本発明の実施例４に係る静電容量を低下させる構造を示す模式的断面図である。
【図１０】本発明の実施例５に係る静電容量を低下させる構造を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態及び実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２５】
（実施形態）
＜静電誘導型発電装置の全体構成＞
図１を参照して、本発明の実施形態に係る静電誘導型発電装置の全体構成について説明する。ここで、図１（ａ）は本発明の実施例に係る静電誘導型発電装置全体の模式的断面図である。また、同図（ｂ）は以下に説明する第２基板に係る構成の概略構成図である。なお、この図においては、第２基板を上面側から見た図に相当する。本発明の実施形態に係る静電誘導型発電装置１００は、筐体１１０と、筐体１１０の内部に設けられる第１基板１０及び第２基板２０とを備えている。
【００２６】
第１基板１０は、保持部材１１によって保持されている。この保持部材１１は、それぞれ、一端が筐体１１０の内壁面側に固定され、他端が保持部材１１に固定された、一対のバネ１２によって支持されている。これにより、保持部材１１は図１（ａ）中左右方向に移動（振動）することができ、第１基板１０も保持部材１１と共に移動（振動）する。
【００２７】
第１基板１０と第２基板２０は互いに対向するように配置されている。第１基板１０は第２基板２０と対向した状態を保ったまま移動するように構成されている。つまり、第１基板１０と第２基板２０は、互いに対向した状態を保ったまま、相対的に移動可能に構成されている。なお、本実施形態では、第１基板１０が移動可能に構成される場合を示したが、第２基板２０が移動可能に構成されるようにしてもよいし、両者が移動可能に構成されるようにしてもよい。
【００２８】
第１基板１０における第２基板２０との対向面側には、それぞれ導電体上に形成された複数のエレクトレット１３と、いずれも接地された複数のガード電極１４が、交互に並ぶように配置されている。本実施形態においては、エレクトレット１３はマイナスの電荷を半永久的に保持するように構成されている。
【００２９】
また、第２基板２０における第１基板１０との対向面側には、一対の電極（第１電極２１と第２電極２２と称する）を一組とする複数組の電極が並べて配置されている。各組に備えられた複数の第１電極２１は互いに電気的に接続されており、かつ複数の第２電極２２も電気的に接続されている。本実施形態では、櫛歯形状の電極を採用することにより、複数の第１電極２１及び第２電極２２がそれぞれ電気的に接続されている（図１（ｂ）参照）。そして、複数の第１電極２１に電気的に接続された第１電極パッド２１ａ、及び複数の第２電極２２に電気的に接続された第２電極パッド２１ｂを通じて、発電により得られた電力が供給される負荷３０が電気的に接続される。
【００３０】
そして、本実施形態に係る静電誘導型発電装置１００においては、第１電極２１と第２電極２２との間には、これらの電極間の静電容量を低下せしめる構造（以下、静電容量低下構造２３と称する）が設けられている。
【００３１】
＜静電誘導型発電装置の発電原理＞
図２及び図３を参照して、本発明の実施形態に係る静電誘導型発電装置の発電原理について説明する。
【００３２】
第１基板１０が移動することによって、第１基板１０と第２基板２０の相対的な位置関係が変化する。これに伴って、エレクトレット１３と第１電極２１との位置関係、及びエレクトレット１３と第２電極２２との位置関係もそれぞれ変化する。図２（ａ）はエレクトレット１３の全面と、第１電極２１の全面が対向した状態であって、エレクトレット１３と第２電極２２は全く対向していない状態を示している。図２（ｂ）はエレクトレット１３と第１電極２１は全く対向していない状態であって、エレクトレット１３の一部と第２電極２２の一部が対向した状態を示している。図２（ｃ）はエレクトレット１３の全面と、第２電極２２の全面が対向した状態であって、エレクトレット１３と第１電極２１は全く対向していない状態を示している。
【００３３】
図２（ａ）に示す状態では、エレクトレット１３と第１電極２１との間の静電容量が最大となる。このとき、エレクトレット１３と第２電極２２との間の静電容量も存在し得る。そして、図２（ｃ）に示す状態では、エレクトレット１３と第２電極２２との間の静電容量が最大となる。このとき、エレクトレット１３と第１電極２１との間の静電容量も存在し得る。このように、第１基板１０の移動によって、エレクトレット１３と第１電極２
１との間の静電容量、及びエレクトレット１３と第２電極２２との間の静電容量がそれぞれ変化する。
【００３４】
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す状態から図２（ｃ）に示す状態に移行する途中の状態を示している。この移行の過程においては、エレクトレット１３と第１電極２１との間の静電容量は低下し、エレクトレット１３と第２電極２２との間の静電容量は上昇する。したがって、第１電極２１と第２電極２２は、負荷３０を介して電気的に繋がっているため、第１電極２１から第２電極２２に向かって、プラスの電荷が移動する。このようにして電力が発生する。
【００３５】
図２（ａ）に示す状態と図２（ｃ）に示す状態が交互に一定の周期で変動する（第１基板１０が一定の周期で振動する（往復移動する））場合における経過時間ｔに対する出力電圧Ｖの変動を示したグラフを図３に示す。図中、ｔ１は図２（ａ）に示す状態の時に相当し、ｔ２は図２（ｃ）に示す状態の時に相当する。
【００３６】
ここで、この図３に示すように、安定した出力電圧が得られるように、出力電圧は高電圧と低電圧の中心が０（Ｖ）となるようなカーブを描くのが望ましい。本実施形態においては、ガード電極１４を設けることにより、出力電圧の高電圧と低電圧の中心を０（Ｖ）とすることを可能としている。すなわち、例えば、図２（ａ）に示すように、エレクトレット１３と第１電極２１が対向し、かつ接地されたガード電極１４と第２電極２２が対向した状態においては、キルヒホッフの法則により、第２電極２２の電位は０（Ｖ）となる。図２（ｃ）に示す状態では、第１電極２１とガード電極１４（この図では省略している）が対向した状態となり、第１電極２１の電位は０（Ｖ）となる。したがって、図３に示すような出力電圧のカーブを得ることができ、安定した出力電圧を得ることができる。
【００３７】
＜寄生容量＞
図４及び図５を参照して、寄生容量に関して説明する。背景技術の中で説明したように、式１によれば、エレクトレットのピッチを小さくし、ｎを大きくすることによって、出力電力を高められるはずであるが、実際には、式１の通りに出力電圧を高めることはできない。これは、装置のいずれかの部位において発生する寄生容量が原因であると考えられていたが、どの部位に発生する寄生容量が発電効率を低下させる要因であるかは明らかにされていなかった。本発明者らは、誠意検討し、かつ試行を重ねた結果、第１電極２１と第２電極２２との間で発生する寄生容量が、発電効率を低下させる要因であることを突き止めた。
【００３８】
すなわち、一般技術常識的な見地によれば、静電誘導型発電装置において第２基板２０上に設けられる第１電極２１及び第２電極２２は厚みの薄い（例えば、１μｍ以下）膜によって構成されるため、これらの電極間で寄生容量が発生したとしても、無視できると考えられていた。しかしながら、実際には、かかる寄生容量が発電効率を低下させる要因となることが分かった。
【００３９】
図４においては、静電容量低下構造２３を備えていない従来構造において、エレクトレット１３と第１電極２１が対向し、かつガード電極１４と第２電極２２が対向した状態を示している。この図４中矢印Ｐに示すように、第１電極２１における第２電極２２側の側面にはマイナスの電荷が集まり、第２電極２２における第１電極２１側の側面にはプラスの電荷が集まるような電荷の分布が想定される。
【００４０】
図５は図４に示す状態における静電誘導型発電装置の等価回路図を示したものである。図中、Ｃ１，Ｒ１はそれぞれエレクトレット１３と第１電極２１との間の静電容量及び電気抵抗に相当し、Ｃ２，Ｒ２はそれぞれエレクトレット１３と第２電極２２との間の静電
容量及び電気抵抗に相当し、Ｃ３，Ｒ３はそれぞれ第１電極２１と第２電極２２との間の静電容量及び電気抵抗に相当し、Ｒ４は負荷３０における電気抵抗に相当する。なお、負荷３０における電気抵抗Ｒ４によって、出力電力が消費される。
【００４１】
この等価回路図から分かるように、静電容量Ｃ３が大きくなるほど、電気抵抗Ｒ４によって消費される電力が少なくなる。つまり、発電効率が低下する。
【００４２】
一例として、電極サイズ（上記図１（ｂ）に示すように、複数の電極が配置されている領域Ｚに相当する部分の縦と横の長さ）を２０×２０ｍｍ、電極の線幅（図４における第１電極２１及び第２電極２２の左右方向の距離）を３００μｍ、第１電極２１と第２電極２２との間の間隔を２０μｍ、第１電極２１及び第２電極２２の膜厚を０．４μｍ、第１基板１０と第２基板２０との間の間隔を１００μｍ、第２基板２０の比誘電率を４．７とした静電誘導型発電装置において、図４に示す状態における各部の静電容量を測定した。
【００４３】
測定の結果、エレクトレット１３と第１電極２１との間の静電容量（上記Ｃ１に相当）は２０ｐＦであり、エレクトレット１３と第２電極２２との間の静電容量（上記Ｃ２に相当）は１５．８ｐＦであり、第１電極２１と第２電極２２との間の静電容量（上記Ｃ３に相当）は７５ｐＦであった。
【００４４】
したがって、ΔＣ＝２０ｐＦ−１５．８ｐＦ＝４．２ｐＦとなり、ΔＣ／２０ｐＦ＝０．２１で、上記式１から求められる発電量に対して２１％しか電力として取り出せないことが分かった。
【００４５】
そこで、本実施形態においては、上記の通り、第１電極２１と第２電極２２との間には、静電容量低下構造２３が設けられている。これにより、発電効率を低下させる要因である寄生容量となる静電容量Ｃ３を低下させることができ、発電効率を向上させることができる。
【００４６】
ここで、静電容量Ｃ３は、
Ｃ３≒πεＬ÷ｌｏｇ（Ｄ／ａ）
で表される。ただし、εは第１電極２１と第２電極２２との間の誘電率であり、Ｄは第１電極２１と第２電極２２との間の間隔であり、ａは第１電極２１及び第２電極２２の膜厚の半分（１／２）であり、Ｌは第１電極２１と第２電極２２が相対する領域の全長である。（図１（ｂ）に示す構成の場合には、一点鎖線部分の全長に相当する。）
【００４７】
この式から、寄生容量となる静電容量Ｃ３を低下させるためには、第１電極２１と第２電極２２との間の誘電率εを低下させたり、第１電極２１と第２電極２２との間の間隔を広くしたりすれば良いことが分かる。しかし、後者の場合には、上記式１において、一対の基板の振幅が一定とすれば、ｎが小さくなってしまうため、あまり意味がない。また、装置の小型化が要求される場合には、そもそも第１電極２１と第２電極２２との間の間隔を広くするのには限度がある。したがって、静電容量低下構造２３としては、第１電極２１と第２電極２２との間の誘電率εを低下せしめる構造を採用するのが望ましい。
【００４８】
ここで、第１電極２１と第２電極２２との間の誘電率εは、第１電極２１と第２電極２２とを繋ぐ領域に存在する物体の比誘電率が低いほど低くなる。また、第１電極２１と第２電極２２とを繋ぐ領域に、空気や真空からなる空間が存在し、この空間が大きければ大きいほど、上記誘電率εは低くなる。以下、これらを実現するための具体的な実施例をいくつか説明する。
【００４９】
（実施例１）
図６を参照して、本発明の実施例１に係る静電容量を低下させる構造を説明する。本実施例においては、第２基板２０における第１電極２１と第２電極２２との間の部分に貫通孔２３ａが設けられている。これにより、第１電極２１と第２電極２２との間には、大きな空間（空気または真空からなる領域）が形成される。したがって、これらの電極間の誘電率を低下させることができる。なお、例えば、第２基板２０の材料として、比誘電率が４〜４．７のガラス基板を用いた場合、上記のような貫通孔２３ａを設けることによって、第１電極２１と第２電極２２との間の静電容量を１／４程度にすることが可能となる。
【００５０】
以上のように構成される第２基板２０における静電容量低下構造の製造方法について簡単に説明する。まず、第２基板２０上にメタル電極（第１電極２１及び第２電極２２に相当）を形成する。シリコン製の基板の場合には酸化膜など絶縁性の高い膜を表面に形成し、その上にメタル電極を形成する。ガラス基板の場合にはガラス表面に直接メタル電極を形成する。メタル電極の材料としては、アルミニウム，金または銅など導電性の高いものを用い、蒸着やスパッタなどで基板上にメタル膜を形成し、フォトリソグラフィによりパターンを形成する。その後、貫通孔２３ａを形成する。なお、シリコン基板の場合には、ＫＯＨやＴＭＡＨを用いたウエットエッチングやドライエッチングなどで貫通孔２３ａを形成することができ、ガラス基板の場合には、ドライエッチング、ブラスト、レーザー加工やＨＦによるウエットエッチングなどにより貫通孔２３ａを形成することができる。
【００５１】
（実施例２）
図７を参照して、本発明の実施例２に係る静電容量を低下させる構造を説明する。本実施例においては、第２基板２０における第１電極２１と第２電極２２との間の部分に凹部が設けられている。図７（ａ）には、凹部２３ｂが断面矩形の溝により構成された場合を示しており、同図（ｂ）には、凹部２３ｃが断面三角形の溝により構成された場合を示している。また、特に図示はしないが、凹部の断面形状は図示のものに限られず、例えば、凹部を構成する面は平面的なものに限らず、曲面部分を有するようにしてもよい。
【００５２】
本実施例においても、上記実施例１の場合と同様に、第１電極２１と第２電極２２との間には、空間（空気または真空からなる領域）が形成される。なお、実施例１の場合には、第１電極２１と第２電極２２との間に大きな空間が形成されるのに対して、本実施例の場合には電極から離れた位置で基板が存在するため、実施例１の場合に比べて第１電極２１と第２電極２２との間に形成される空間は小さい。しかしながら、凹部を設けない場合に比べて、第１電極２１と第２電極２２との間に大きな空間を形成することができる。したがって、これらの電極間の誘電率を低下させることができる。なお、第２基板２０における静電容量低下構造の製造方法は実施例１の場合と同様である。
【００５３】
本実施例によれば、貫通孔までには至らない凹部を形成すればよいので、実施例１の場合に比べて安価に静電容量低下構造を製造することができる。なお、第２基板２０の材料として、比誘電率が４〜４．７のガラス基板を用いた場合、上記のような凹部２３ｂ，２３ｃを設けることによって、第１電極２１と第２電極２２との間の静電容量を１／２程度にすることが可能となる。ここで、凹部を設けたことによって、誘電率が低下できる理由について、図７（ｂ）に示す構成を例にして、より詳しく説明する。図７（ｂ）に示すように、第１電極２１と第２電極２２との間の距離をＤとし、凹部２３ｃにおける２つの傾斜面の幅をそれぞれＤ１，Ｄ２とする。凹部２３ｃがない場合における静電容量Ｃは、近似的に、
Ｃ≒πεＬ÷ｌｏｇ（Ｄ／ａ）
となる。なお、εは第１電極２１と第２電極２２との間の誘電率であり、Ｌは第１電極２１と第２電極２２が相対する領域の全長であり、ａは第１電極２１及び第２電極２２の膜厚の半分（１／２）である。これに対して、凹部２３ｃを設けた場合における静電容量Ｃ’とした場合に、断面三角形の凹部２３ｃにおける頂点を挟んで左側の距離をＤ１，右側
の距離をＤ２とすると、近似的に、
Ｃ’≒πεＬ÷ｌｏｇ（（Ｄ１＋Ｄ２）／ａ）＝πε’÷ｌｏｇ（Ｄ／ａ）
となる。これにより、第１電極２１と第２電極２２との間の誘電率を低下させることができることが分かる。このように、第１電極２１と第２電極２２との位置関係（距離）を変えなくても、凹部を設けることによって基板表面を通る距離が長くなることで、両電極間の誘電率を低下させることができる。
【００５４】
（実施例３）
図８を参照して、本発明の実施例３に係る静電容量を低下させる構造を説明する。本実施例においては、第２基板２０と第１電極２１との間、及び第２基板２０と第２電極２２との間に、それぞれ第２基板２０よりも比誘電率の低い材料からなる層２３ｄが設けられている。
【００５５】
本実施例においても、構造上、上記実施例２の場合と同様に、第２基板２０における第１電極２１と第２電極２２との間の部分に凹部（断面矩形の溝）が形成される。したがって、第１電極２１と第２電極２２との間に大きな空間を形成することができる。また、第２基板２０と第１電極２１との間、及び第２基板２０と第２電極２２との間には、それぞれ第２基板２０よりも比誘電率の低い材料からなる層２３ｄが介在する。したがって、第１電極２１と第２電極２２との間の誘電率を低下させることができる。
【００５６】
以上のように構成される第２基板２０における静電容量低下構造の製造方法について簡単に説明する。まず、第２基板２０上にＣＶＤや塗布（スピンコート、ディップ法など）により、比誘電率の低い材料（フッ素樹脂、パリレン、層間絶縁材料など）によって層（膜）を形成する。そして、この層の上にメタル電極を形成する。その後、ドライエッチング（Ｏ２アッシング等）、ブラスト、金型を用いた熱転写などにより、凹部を形成する。なお、図示の例では、凹部として断面矩形の溝の場合を示したが、断面三角形の溝であっても良い。また、特に図示はしないが、凹部の断面形状は図示のものに限られず、例えば、凹部を構成する面は平面的なものに限らず、曲面部分を有するようにしてもよい。
【００５７】
本実施例によれば、基板に貫通孔を形成させる必要がないため、実施例１の場合に比べて安価に第２基板２０における静電容量低下構造を製造することができる。なお、第２基板２０の材料として、比誘電率が４〜４．７のガラス基板を用いた場合、上記のような層２３ｄを介在させることによって、第１電極２１と第２電極２２との間の静電容量を１／２程度にすることが可能となる。
【００５８】
一例として、上記図４を参照して説明した場合と同様に、電極サイズ（上記図１（ｂ）に示すように、複数の電極が配置されている領域Ｚに相当する部分の縦と横の長さ）を２０×２０ｍｍ、電極の線幅（図８における第１電極２１及び第２電極２２の左右方向の距離）を３００μｍ、第１電極２１と第２電極２２との間の間隔を２０μｍ、第１電極２１及び第２電極２２の膜厚を０．４μｍ、第１基板１０と第２基板２０との間の間隔を１００μｍ、フッ素樹脂からなる層２３ｄの厚みを１５μｍ、第２基板２０の比誘電率を４．７とした静電誘導型発電装置において、各部の静電容量を測定した。
【００５９】
測定の結果、エレクトレット１３と第１電極２１との間の静電容量（上記Ｃ１に相当）は２０ｐＦであり、エレクトレット１３と第２電極２２との間の静電容量（上記Ｃ２に相当）は１３．４ｐＦであり、第１電極２１と第２電極２２との間の静電容量（上記Ｃ３に相当）は４１ｐＦであった。
【００６０】
したがって、ΔＣ＝２０ｐＦ−１３．４ｐＦ＝６．６ｐＦとなり、ΔＣ／２０ｐＦ＝０．３３で、上記式１から求められる発電量に対して３３％の電力を取り出せた。
【００６１】
（実施例４）
図９を参照して、本発明の実施例４に係る静電容量を低下させる構造を説明する。本実施例においては、第２基板２０と第１電極２１との間、及び第２基板２０と第２電極２２との間に、それぞれ第２基板２０よりも比誘電率の低い材料からなる層２３ｄ１が設けられ、かつ第２基板２０に凹部２３ｂ１が設けられている。すなわち、本実施例では、上述した実施例２における特徴的な構成と実施例３における特徴的な構成を組み合わせたものである。本実施例によれば、上記実施例２や実施例３に比べて、より一層、第１電極２１と第２電極２２との間の静電容量を低下させることが可能となることは言うまでもない。
【００６２】
（実施例５）
図１０を参照して、本発明の実施例５に係る静電容量を低下させる構造を説明する。本実施例においては、第２基板２０側における第１基板１０と対向する面側は、絶縁膜４０によって覆われている。なお、本実施例における静電容量を低下させる構造として、図１０（ａ）では上述した実施例１に示した構造を採用した場合を示し、同図（ｂ）では実施例２に示した構造を採用した場合を示している。特に図示はしないが、実施例３や実施例４に示した構造を採用してもよいことは言うまでもない。
【００６３】
本実施例によれば、第２基板２０側における第１基板１０と対向する面側は、絶縁膜４０によって覆われているため、エレクトレット１３からの放電を抑制できる。
【符号の説明】
【００６４】
１０  第１基板
１１  保持部材
１２  バネ
１３  エレクトレット
１４  ガード電極
２０  第２基板
２１  第１電極
２２  第２電極
２３  静電容量低下構造
２３ａ  貫通孔
２３ｂ，２３ｂ１，２３ｃ  凹部
２３ｄ，２３ｄ１  層
３０  負荷
４０  絶縁膜
１００  静電誘導型発電装置
１１０  筐体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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